引言
前一篇文章中，介紹了ANSI SQL標準下的事務隔離級別及其擴充套件，這篇文章主要討論了基於加鎖的方式如何實現不同的事務隔離級別，全文的組織架構如下：
- ANSI SQL標準下的事務隔離級別及其擴充套件回顧
- 基於加鎖方式的事務隔離原理
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ANSI SQL標準下的事務隔離級別及其擴充套件回顧
ANSI SQL標準下的事務隔離級別是基於禁止某些干擾現象而制定的，這些現象如下：
髒讀P1
W1(X)…R2(X)…A1…R2(X)
不可重複讀P2
R1(X)…W2(X)…C2…R1(X)
幻讀P3
R1(P)…W2(P)…C2…R1(P)
針對三種現象，ANSI SQL標準設定了四種事務隔離級別，如下：
- Read Uncommitted：有可能發生P1，P2和P3
- Read Committed：不可能發生P1，有可能發生P2和P3
- Repeatable Read：不可能發生P1，P2，有可能發生P3
- Serializable：不可能發生P1，P2和P3
整個事務個隔離級別，與杜絕的現象的對應關係如下圖：
由於ANSI SQL的標準存在以下限制：
- 沒有提及寫操作的隔離性
- ANSI SQL的標準比較老，對於採用多版本併發控制實現隔離性的級別不能夠很好的描述
即新干擾現象P0和P4，其中髒寫P0如下
W1(X)…W2(X)…A1
寫丟失P4如下
R1(X)…R2(X)…W2(X)…C2…W1(X)…C1
因此，引入了新的隔離級別，包括
- Cursor Stability
- Snapshot
具體的分析，請參照我的博文(事務隔離（一）：ANSI SQL事務隔離級別，限制及擴充套件)。
基於加鎖方式的事務隔離原理
基本概念
鎖有兩種，即共享鎖(Share Lock)和排他鎖(Exclusive Lock)，對於不同事務加在同一個資料項上的鎖，如果其中至少有一個是排他鎖的話，那麼事務是會衝突的，即其中一個事務必須等待。一般共享鎖也稱為讀鎖(Read Lock)，而排它鎖也稱為寫鎖(Write Lock)。
讀寫鎖根據鎖住的資料項不同，分為普通鎖和謂詞鎖。謂詞鎖是指鎖住滿足某一查詢條件的所有資料項，它不僅包括當前在資料庫中滿足條件的記錄，也包括即將要插入，更新或刪除到資料庫並滿足查詢條件的資料項。對於不同事務加在查詢條件下的謂詞鎖，在至少一個是寫鎖的情況，且兩個謂詞條件中包含重疊的資料項時，則兩個事務是衝突的。
well-formed read(write)是指在read(write)一個資料項或者查詢條件時，會先對資料項或者查詢條件加read(write) lock。如果一個事務的所有讀寫都是well-formed，那稱事務是well-formed。
two-phase read(write)是當有一個或多個read(write) lock被釋放後，不能再加新的read(write) lock。如果一個事務在釋放一個或多個鎖後，不再加其他的鎖，那麼稱該事務是two-phase的。
如果一把鎖從加上，到事務結束(commit or abort)後才釋放，則稱此鎖是long duration的，否則，稱鎖是short duration的。
多個併發執行的事務是serializability，指的是併發排程執行的結果等於這些事務某個序列執行的結果。例如，有三個併發執行的事務T1，T2和T3，如果其執行結果和其某個序列執行((T1,T2,T3),(T1,T3,T2),(T2,T1,T3),(T2,T3,T1),(T3,T1,T2),(T3,T2,T1))的結果相同。
如果一個事務T1持有一把鎖的情況下，另一個事務T2申請一把衝突的鎖，那麼，事務T2只有等到事務T1釋放這把鎖之後，才能加上這把鎖。
根據資料庫的基礎理論，採用well-formed two-phase locking方式排程事務的話，是能夠保證serializability的。
在瞭解到鎖的基本概念之後，接下來討論，如何基於鎖來實現各種不同的隔離級別。
隔離級別如何實現
先來看所有的干擾現象：
髒寫P0
W1(X)…W2(X)…A1
髒讀P1
W1(X)…R2(X)…A1…R2(X)
不可重複讀P2
R1(X)…W2(X)…C2…R1(X)
幻讀P3
R1(P)…W2(P)…C2…R1(P)
寫丟失P4
R1(X)…R2(X)…W2(X)…C2…W1(X)…C1
如果需要禁止P0，即禁止多個事務同時能修改一個資料項或謂詞條件，則需要修改資料時，加寫鎖，並且是long duration的，此時，隔離級別滿足Read Uncommitted。
如果需要禁止P1，即禁止讀取到其他事務修改的中間狀態的資料，在禁止P0的條件下，則需要，對讀加鎖，short duration的就能夠滿足條件，此時，隔離級別滿足Read Committed。
如果需要禁止P4，即禁止事務讀取並且修改某個資料項後，需要禁止其他事務再次修改，但如果只是讀取的話，不影響，這裡，需要一種特殊的鎖，稱為Cursor Lock，會對事務當前處理的行進行加鎖，如果行記錄被修改，那麼鎖會是long duration的，直到事務結束，如果，行未被修改，則鎖會提前被釋放，此時，隔離級別滿足Curstor stability。
如果需要禁止P2，即要禁止到讀到某個資料項後，該資料還可能被其他事務修改，因此，需要對讀加鎖，且一直加鎖到事務結束，即long duration，此時，隔離級別滿足Repeatable Read。
如果需要禁止P3，即要禁止讀到某個謂詞條件後，滿足該謂詞條件的資料還被其他事務修改，因此，需要對謂詞條件加讀鎖，且是long duration的，此時，隔離級別滿足SERIALIZABLE。
不同的加鎖與事務隔離級別的對應關係如下：
表格中最後一項中，對於讀寫鎖都是long duration的，即到事務結束才會釋放鎖，即事務過程中只有加鎖階段，沒有解鎖階段，這種方式和普通的two-phase locking有什麼區別呢？
Two-phase Locking
普通的two-phase locking包含兩個階段：
- Expanding phase：加鎖階段，此階段只加鎖，不釋放鎖
- Shrinking phase：解鎖階段，此階段只解鎖，不加鎖
普通的two-phase locking可能會如下問題：
假設有兩個事務T1，T2，它們的時序如下
T1 T2
R1(X)
W1(X)
R2(X)
W2(X)
A1複製程式碼由於事務T2讀到的資料是事務T1修改的X，當事務T1回滾時，事務T2讀到的資料就是髒資料，因此，需要對事務T2也進行回滾，如果存在T3也讀到了T2修改的資料，那麼T3也需要回滾，這樣，會導致一系列的事務都需要回滾，稱為Cascading Aborts。
而表格中的two-phase locking，只有加鎖階段，因此，不會存在上述問題。只有加鎖階段的two-phase locking，也稱為strict two-phase locking。
由於two-phase locking採用的是加鎖的方式，因此有可能會碰到經典的死鎖問題，舉個例子，如下：
假設有事務T1，T2，它們的加鎖時序如下：
T1 T2
R1(X) R2(Y)
W1(Y) W2(X)複製程式碼按照如上的時序，事務T1和T2處於等待互相釋放鎖的狀態，即死鎖。死鎖問題會導致事務無法繼續進行有效的工作，因此，必須要解決，常見的解決方案有：
- 死鎖檢測並消除
- 鎖等待一段時間閾值後，對事務進行回滾，並釋放所有鎖
第一種方法，死鎖檢測並消除的方法是有一個單獨的執行緒檢測事務的鎖等待圖，如果圖構成了一個環，那麼，說明發生了死鎖，此時，需要選擇環中的一個事務進行回滾，並釋放鎖，使得其他事務能夠繼續執行下去。
第二種方法，鎖等待一段時間閾值後，對事務進行回滾，並釋放其所有鎖，表明，每次發生死鎖時，都會先回滾最早開始執行的事務，使得其他的事務能夠繼續執行下去。
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